铁路桥梁钻孔桩基础设计

摘要:本文主要分析了铁路桥梁钻孔桩基础设计的相关问题，探讨了铁路桥梁钻孔桩基础设计的要点和难点，分析了一些设计的具体方法和对策，希望能够为同行提供参考。

关键词 :铁路；桥梁；钻孔桩；基础设计

中图分类号：X731文献标识码： A

一、前言

在铁路桥梁钻孔桩基础设计过程中，如果没有抓住设计的要点，那么设计的过程将出现各种问题。所以，研究铁路桥梁钻孔桩基础设计，必须要从设计的各个环节一一着手。

二、桩的分类

1、桩按传力及作用性质,可分为嵌岩桩和摩擦桩。穿过软弱土层,主要靠桩端在坚硬土层或岩层上起支撑作用的桩,称为嵌岩桩。而靠桩周表面与土之间的摩擦力起主要支撑作用的桩,称为摩擦桩。

2、按桩的功能分,有受压桩、横向受荷桩、抗拔桩、锚桩、护坡桩等。

3、按桩的制作和施工方法,可以分为预制桩和灌注桩。

三、铁路桥梁桩基础设计要点

1、柱桩与摩擦桩的选择

铁路桥梁桩基础中的常用类型有摩擦桩(图1)及柱桩(嵌岩桩)(图2)两种。柱桩与摩擦桩的选择主要根据地质和受力情况确定,柱桩容许承载力高,沉降量小,安全可靠。当基岩面较浅时,首选柱桩基础,桩长较短、承载力富余值高、圬工量小。根据以往铁路设计及施工经验,柱桩最小桩长可根据不同桩径、不同岩层承载力依据计算确定,原则上以6~8m为宜；当岩层基本承载力过高，施工时钻探难度较大时,嵌岩深度不宜过深,具体以计算确定，但嵌入新鲜岩面不得小于0.5m。

当基本承载力较高的新鲜岩面埋置较深时,则可采用摩擦桩,但在同一个墩台的桩基础中不宜同时采用柱桩和摩擦桩,混凝土禁止采用不同强度等级,桩身直径不宜相差过大,下穿溶洞时,各桩桩身长度不宜相差过大,以避免整个基础产生不均匀沉降,导致歪斜、失稳,进而造成永久性病害及安全隐患,严重威胁正常运营。

选择桩基础类型时应依据地质报告及桥址处钻孔岩心鉴定表对墩台位置处的地质条件进行准确的判断,大致确定用摩擦桩还是柱桩。

鉴于个别基础底部岩层属于强风化层,按摩擦桩设计的安全性要明显优于柱桩,故大致确定桩型后还应准确判定桩底持力层为土质还是岩层,若为岩层还应按照岩层有无风化、风化等级、软硬程度、岩石轴心抗压强度数值等,最终选择出采用摩擦桩还是柱桩(嵌岩桩)。

2、桩长的拟定和单桩容许承载力的确定

设计过程中,建议设计人员首选将桩底置于岩层或承载力较高的土层中,如新鲜岩面、粗砂、圆砾土、卵石土、漂石土等,充分利用其基本承载力较大、工后沉降量较小、可控的优势。如在施工设备、工艺所能达到的容许深度内没有坚实土层存在,应尽可能选择无湿陷性、无膨胀性、基本承载力较高的土层作为持力层,同时要注意避免把桩底置于软土层内或离软弱下卧层的距离过近的土层内,以免桩基础产生过大的工后沉降,引起基础失稳,威胁行车安全,在高速铁路设计过程中要尤其注意。

针对摩擦桩,桩底持力层可有多种选择,此时桩长与桩根数的拟定乃相辅相成的关系,遇到这种情况可通过试算并遵循技术可行性、经济性等指标进行反复比较,选用较为合理的桩长。但应注意试算过程中摩擦桩的桩长不应拟定的太短,因为桩长过短将达不到把荷载传递到地基土深层、减小工后沉降的目的,否则必然使桩基础根数大幅增加,提高施工难度、造成不必要的浪费。

此外,为保证充分发挥摩擦桩桩底土层基本承载力的天然优势,桩端必须伸入持力层一定深度,一般不宜小于1倍设计桩径。

3、承台的合理埋置深度

铁路桥梁承台高度主要采用2、2.5m两种,当地质较为复杂、桩根数较多、基础刚性角不满足的情况下,可酌情将基础加高0.5~1m，通常情况下承台顶面应置于地面下0.5m左右。

当承台埋置于冻胀土层中时,为了避免由于土的冻胀引起桩基础的损坏,承台底面应埋置于土壤最大冻结深度线以下不小于0.25m。

遇到流水局部冲刷过深、或施工防排水设施设置难度较大、地面横向坡度过于陡峭且地表土均为黏性土时,在满足受力的前提下,可以采用高桩承台,将承台顶面露出地表一定高度;而在有流冰的河道中,承台底面埋置于最低冰层面以下不应小于0.25m;在有其他漂流物或通航的河道中,考虑到水流对桩基的日常冲刷作用,一定长度的桩基会出露(该部分定义为自由桩长,且不计摩阻力),此时承台也应适当深埋,以保证桩基不会受到直接的冲撞而毁坏,当技术条件不满足时,可在桥墩迎水面设置防撞击装置(如破冰棱)。

当作用在桩顶的水平力及弯矩较大(如双线墩台、单线架梁及行车时),或桩周土层极限摩阻力过低时(如湿陷性黄土、膨胀岩土等不良地质),为减少桩身所受的弯矩及剪力,可将承台埋深适当加大。

四、特殊地质――岩溶地区铁路桥梁桩基础设计

1、不同岩溶地质条件下基础选型一般原则

岩溶区桥梁基础设计应根据岩溶发育程度及墩台荷载大小,水文地质条件等因素,结合施工条件,因地制宜,设计恰当的基础。一般有以下2种类型:

（一）明挖扩大基础

(1)当溶洞顶覆盖层较薄,可采用清爆的方法,揭露溶洞充填物,以便清除、换填,或使充填物风干,提高地基的强度。

(2)对于溶洞埋藏不深,洞中有较厚的碎块石堆积物,可采用压浆的方法使其固结。对于粘性土、砂类土等以细颗粒为主的堆积物地基,可采用旋喷桩加固。

(3)若溶洞位于基底以下一定距离,且符合完整顶板厚度与跨长之比小于2.0,或溶洞跨长大于8m、但厚跨比值大于2.0,顶板岩层完整性较好,溶洞形态大小探测清楚,一般认为地基不需加固。

（二）桩基础

对于岩溶发育、有多层溶洞并且每层溶洞的顶板厚度不均匀的地基,大多采用钻孔桩基础,目前,钻孔桩基础已成为解决多层岩溶发育地基桥梁基础的一种行之有效,稳定可靠的基础形式。尽管如此,设计时还应注意以下基本原则:

(1)当桥梁地基下的溶洞较大,埋藏较深,但又不满足顶板厚度检算要求时,只能采用桩基础。

(2)钻(挖)孔桩在穿过溶洞进入完整基岩深度不得小于5倍桩径,若实际值小于此要求时,应结合地质资料进行加深或验算。

(3)对于桩尖下伏溶洞,若完整基岩顶板厚大于10m且顶板厚与溶洞孔径之比大于2.0时,基底以下溶洞可以不做处理,否则应使桩基穿过溶洞。

(4)设计时应重视桩基负摩擦力的影响。一般地基土石在扰动后会在自重作用下固结下沉,产生一个向下的负摩擦力,从而增加桩基所承受的轴向荷载,甚至可能导致桩基破坏。

2、针对溶洞的填充状况，采用片石、牯土、水泥回填法

若溶洞的填充程度较高时，我们往往采用的是不需要对溶洞内部的填充物做处理，可以直接进行钻进，如果经过勘探，发现溶洞内部的填充物是流塑粘土等物质时，可以使用填充黏土、片石等方法进行相关填充。如果桥梁的基础施工环境的侧壁出现溶洞，钻头在进行钻洞的过程时会出现偏差，可以采用抛填片石法来进行相关的技术处理。如果出现抛填片石无效的现状，为达到桩基垂直度的相关标准要求，要对桩底质地较软的部分用水泥浆加上水玻璃溶液等方法进行注浆，从而达到提高桩基强度的要求。为了方便冲击钻钻孔，我们在进行桩基施工过程中，要保证土层间的强度差距不能过大。

五、结束语

总而言之，铁路桥梁钻孔桩基础设计一定要讲究方法，针对铁路桥梁的具体情况展开科学的设计，在设计过程中，如果出现棘手的问题，要进行合理的解决，提高设计的整体效果。

参考文献:

[1]傅旭东,王戒躁.预制桩的可靠度分析[J].桥梁建设.2011(02)

[2]刘尧军,康中山,鲍怀义.打入桩的可靠性分析[J].石家庄铁道学院学报.2013(03)

[3]郭增强,李昕炜.钻孔灌注桩的可靠性设计方法分析[J].石家庄铁道学院学报.2011(04)